大型铸钢节点加载试验研究

钢管结构K型铸钢节点研究

钢管结构K型铸钢节点研究 [摘要]钢管结构因其具有轻巧美观，用钢量省等优点，在我国得到了迅速的发展，应用范围也愈来愈广。铸钢节点在现代大跨钢管结构中表现出了造型美观、可塑性强、受力安全合理等优点，正在逐渐被工程设计人员应用于工程实际之中。本文利用有限元分析软件－ANSYS 实现了对K型铸钢节点与钢管相贯节点在强度和节点转动刚度上的对比，并对K型铸钢节点在若干关键几何参数变化情况下进行了弹塑性大应变分析，并跟踪节点在整个加载阶段各点的应力、应变变化过程，计算出了节点的极限承载力。在非线性有限元求解过程中，考虑了网络精度、边界条件、材料特性等因素，结合10节点实体单元和4节点壳单元各自的特点分别应用于铸钢节点和与之焊接的钢管，使得到的极限承载力具有较高的工程精度。分析证明，通过合理的设计，可以使K型铸钢节点只在与钢管连接接口处发生轴向屈服破坏，避免了一般K型钢管相贯节点的支管拉压共同作用下过度变形破坏和冲切破坏，提高了结构连接的安全度。通过对K型铸钢节点与K型钢管相贯节点的有限元分析表明，K型铸钢节点应用于结构后，节点连接不能按照相贯节点铰接假设计算，也不可按照简单刚接考虑。K型铸钢节点存在刚域，使得与之相连的杆件转动会受到刚域的约束，计算长度进一步降低。本文通过计算与公式推导相结合的办法，提出了一种计算K型铸钢节点刚域长度的方法。对影响刚域长度的若干几何参数进行了分析，给出了节点刚域长度随几何参数的变化趋势，并根据该趋势通过数值拟合的方式提出了计算公式。最后，本文结合铸钢节点的铸造生产工艺对节点构造的合理性进行了探讨，提出了对实际工程设计有益的建议和理论依据。 [关键词]铸钢节点、钢管相贯节点、节点强度、节点刚度、有限元分析、弹塑性分析

铸钢节点有限元分析计算书

目录 1 分析软件 (1) 2 节点基本概况 (1) 2.1 铸钢节点材料基本性能 (1) 2.1.1 铸钢节点材料基本性能 (1) 2.1.2材料本构关系 (1) 2.2 节点分布概况 (3) 3 铸钢节点一有限元分析 (3) 3.1 节点概况 (3) 3.1.1 节点概况 (3) 3.1.2 内力选取 (4) 3.2单元选取及网格划分 (5) 3.3 边界条件和荷载作用 (5) 3.4 弹性分析结果 (6) 3.4.1应力云图 (6) 3.4.2变形云图 (7) 3.5 弹塑性极限承载力分析 (7) 4 铸钢节点二有限元分析 (8) 4.1 节点概况 (8) 4.1.1 节点概况 (8) 4.1.2 内力选取 (9) 4.2单元选取及网格划分 (10) 4.3边界条件和荷载作用 (11) 4.4 弹性分析结果 (11) 4.4.1 应力云图 (11) 4.4.2变形云图 (12) 4.5弹塑性极限承载力分析 (13) 5铸钢节点三A有限元分析 (14) 5.1 节点概况 (14)

5.1.1 节点概况 (14) 5.1.2 内力选取 (14) 5.2单元选取及网格划分 (15) 5.3边界条件和荷载作用 (15) 5.4 弹性分析结果 (16) 5.4.1 应力云图 (16) 5.4.2变形云图 (16) 5.5弹塑性极限承载力分析 (17) 6铸钢节点三B有限元分析 (18) 6.1 节点概况 (18) 6.1.1 节点概况 (18) 6.1.2 内力选取 (19) 6.2单元选取及网格划分 (19) 6.3边界条件和荷载作用 (20) 6.4弹性分析结果 (20) 6.4.1 应力云图 (20) 6.4.2 变形云图 (21) 6.5 弹塑性极限承载力分析 (21)

深圳大运会主体育场铸钢节点制作新技术

深圳大运会主体育场铸钢节点制作新技术曹富荣（江苏永益铸管股份有限公司，靖江214500）摘要：简述铸钢节点的优点，概述深圳世界大学生运动会主体育场钢结构工程铸钢节点的工程概况、结构特点以及化学性能和力学性能特殊要求。结合铸钢节点的生产过程，阐述深圳世界大学生运动会主体育场钢结构工程铸钢节点在深化设计、应力分析、铸造模拟凝固、造型、冶炼、浇注、热处理、机械加工等方面采用的新技术、新工艺，以及铸钢节点的化学成分检测、力学性能检测、无损探伤检测和焊接工艺评定。介绍铸钢节点在桥梁结构、海洋工程结构等疲劳荷载下的工程应用实例。关键词：铸钢节点先进技术工艺创新疲劳性能一、引言随着我国体育场馆、会展中心、机场候机楼、铁路车站、高层建筑等大型复杂钢结构工程建设的快速发展，铸钢节点以其优美的外观造型、优良的力学性能及焊接工艺性能，越来越受到工程界的关注。近年来，在大跨度空间结构及高耸结构中，承载力大、构造复杂的铸钢节点日益得到广泛应用[1-14]，并取得良好的技术经济效益。与焊接节点相比，铸钢节点的设计自由度大，具有良好的结构工艺性，可以按照受力状况采用最合理的截面形状，设计出具有复杂外形和内腔的结点，以满足建筑造型要求，并可根据需要设置加劲肋，提高结点的强度和刚度。铸钢节点可在工厂内进行整体浇铸，消除了相贯线重叠焊缝焊接产生的焊接应力超标现象，改善了结点的应力分布，提高了结点的承载能力。多支管铸钢节点的空间角度一致性好，可保证空间结构对节点制作尺寸精度的要求。铸钢节点的各向力学性能均匀性好，其优良的焊接工艺性能可保证厚壁铸钢节点现场焊接的焊缝质量。本文结合深圳世界大学生运动会（以下简称“大运会”）主体育场钢结构工程铸钢节点的生产实际，介绍大运会铸钢节点制作过程中所采用的新技术、新工艺。二、大运会主体育场钢结构工程铸钢节点制作新技术大运会主体育场钢结构工程采用了内设张拉膜的钢结构体系，钢屋盖结构形式为单层折面网格结构，平面形状为椭圆形，平面尺寸为285m×270m，钢屋盖最高点的高度分别为51.9m到68.4m。屋盖结构为双轴对称结构，包括马鞍形的外圈和内圈，外圈的高差为12m，内圈的高差为8.6m。大运会主体育场工程效果图见图1。大运会主体育场钢结构构件通过球铰支座底板、球铰支座上部铸钢节点、背谷铸钢节点、背峰铸钢节点、肩谷铸钢节点、肩峰铸钢节点、冠谷铸钢节点、冠峰节点、内环节点等承力节点进行连接，形成稳定的复杂空间结构体系。其中球铰支座底板通过锚杆及抗剪键与混凝土承台连接，球铰支座上部节点的凹球面通过穿心螺杆与球铰支座底板的凸球面实现铰接，用以承受整个钢屋盖荷载。大运会主体育场钢结构节点分布图见图2。大运会主体育场钢结构工程铸钢节点计有球铰支座底板、球铰支座上部铸钢节点、背谷铸钢节点、背峰铸钢节点、肩谷铸钢节点、肩峰铸钢节点、冠谷铸钢节点7类，每类各20件，总数量为140件，总重量为0.42万吨。大运会主体育场铸钢节点轴测图见图3。大运会肩谷铸钢节点(见图3e)的最大外形尺寸为5400mm×4600mm×3400mm，结构特点为10根支管

大型铸钢节点的设计与分析

表! 铸造碳钢件的机械性能表牌号屈服强度抗拉强度延伸率收缩率冲击韧性 !!"! ! （#$$%）（#$$%）（&）（&）（’）（’($%） )*%++,-++!%++!-++!%.!-+!/+!.010)*/2+,.3+ !/2+ !.3+ !2. !%2!2. !%41- 广东土木与建筑 *56#*78#*69:;<=>:=59>:<"#*<#>>9<#*"##$年"月第"期@>A "##$ #B1"! 前言铸钢节点由于具有结构多样化、外形美观、施工工期短等特点以及良好的适用性，近年在我国大型钢结构建筑、桥梁等工程中逐渐得到推广应用［2］。然而目前尚未有一套成熟的铸钢节点设计方法与产品标准，且在实际荷载作用下铸钢节点的应力状况十分复杂，直接制约了其推广应用，因此对大型或形状复杂的铸钢节点有必要进行一系列的设计、制作和试验研究分析。本文结合广州国际会展中心工程钢结构中的铸钢节点设计实例，对大型铸钢节点的设计基本原则及受力进行了初步研究与分析。通过铸钢节点的试验研究和分析，对其承载安全性作出判断，并给出建议的铸钢节点设计强度准则，为制定相应技术标准和推广应用提供可靠的依据。 "铸钢节点设计基本原则铸钢节点设计时，在满足铸造工艺要求的同时，必须充分考虑钢结构在安装施工过程中与节点相关的每一环节，并根据项目技术要求确定铸造节点基本设计原则。由于铸造节点的轴线为空间任意方向，因此必须采用有关软件进行节点的三维实体设计，其主要基本原则如下： !铸钢节点必须具有可焊性； "节点中各肢杆、拉索套管、筒身等各自中心线宜相交于空间坐标原点，避免产生偏心扭矩； #肢杆外径应与相应桁架杆件相同，其主要受力肢杆端面的壁厚宜为相接桁架杆件的%倍，次要受力的肢杆端面壁厚可与相接桁架杆件壁厚相同； $节点肢杆和桁架杆件间应为对接熔透焊缝，节点各肢杆在端面应做成适当坡口； %为避免节点模型在断面突变处产生过大的应力集中，在断面变化处宜采用圆滑曲面过渡； &将设计提供的铸钢节点荷载作用在支座节点各肢杆的端面上，进行铸钢节点分析和优化设计，并保证有足够的安全度。 %工程实例广州国际会议展览中心展览大厅屋盖钢结构采用预应力张弦立体桁架结构，跨度2%C1C$，是目前国内跨度最大和最新应用的结构形式［%］。该张弦桁架两端分别搁置在柱顶上，搁置处既是拉索的锚固点，也是下弦杆、腹杆的交汇点，因此该节点受力复杂，节点受力分析和设计显得十分重要。设计要求节点为铸钢节点，材料为)*%++,-++铸钢，质量执行《一般工程用铸造碳钢》（*A22/.%）标准中的有关规定，详见表2。本工程铸钢节点由多根钢管以不同的空间角度汇聚于一点，具有形状复杂、尺寸和重量大等特点，加工制作难度极大。同时，铸钢节点极具观赏性，既是一件精密的机械零件，又是一件艺术品。根据设计方案和拉索张拉构造要求进行铸钢支座的节点设计，如图2所示。本工程设计的铸钢节大型铸钢节点的设计与分析陈荣毅（浙江大学空间结构研究中心杭州/2++%3）摘要：结合广州国际会展中心工程钢结构中的铸钢节点设计实例，对大型铸钢节点的设计基本原则及受力进行初步研究与分析，并通过有关试验研究和分析对节点的承载安全性作出判断，给出建议的铸钢节点设计强度取值和强度判别式准则，为制定相应技术标准和推广应用提供可靠的依据。关键词：铸钢节点；设计；节点试验；有限元分析；强度准则 C

QC小组活动缩短多支腿铸钢节点安装定位时间

缩短多支腿铸钢节点安装定位时间一、工程概况广州亚运城综合体育馆位于广州市莲花山下的广州新城核心地带，是2010年广州第16届亚运会主要比赛场馆之一。广州亚运城综合体育馆根据功能划分由综合馆、体操馆、历史博物馆三大场馆组成，整个造型像一只海龟和一条海豚在大海中并排遨游，总建筑面积52126㎡。广州亚运城鸟瞰图为达到“飘逸彩带”建筑理念效果，亚运城综合体育馆体操馆采用不常见的双曲环形空间结构型式和“薄壳”结构（壳体结构）。综合体育馆钢结构安装照片

综合体育馆共应用了104个多支腿铸钢节点。铸钢节点形状复杂、多支腿（最多12个分支，分支由不等直径钢管和矩形及方形钢管组成）、体形大（平面最大尺寸2.0×3.5ｍ，高度3.05ｍ，重量12.25ｔ）、姿态各异（各支腿呈不同角度发散）。由于铸钢节点分布在整个结构的关键位置，故铸钢节点的安装效率及精度直接影响到后续构件的施工工序，是保证整个体操馆钢结构安装工期的关键点之一。多支腿铸钢节点完成照片二、小组概况 QC小组成立于2006年3月，由项目部项目经理、项目总工程师、技术部经理、施工主管、技术员等11人组成，小组具体情况见下表：表1 QC小组成员—览表小组名称星辉QC小组注册时间2006年3月课题名称缩短多支腿铸钢节点安装定位时间小组类型攻关型注册编号YJ-01-07 活动日期2009年12月～2010年2月姓名年龄性别职称文化程度组内职务TQC教育时间陈凯文27 男工程师本科组长，全面负责72 马建辉35 男高级工程师本科副组长，技术指导72 吴瑞卿45 女高级工程师本科副组长，技术指导72 黄亮忠38 男工程师本科组员，主办施工60 胡俊杰32 男工程师本科组员，质量控制60 郑曦28 男工程师本科组员，方案实施60 张永嘉28 男工程师本科组员，方案实施60 谢志平26 男助理工程师本科组员，方案实施60 李豪基29 男工程师本科组员，质量控制60 江毅钟25 男助理工程师本科组员，质量控制60 邓敏而28 女工程师本科组员，成果总结60 制表人：陈凯文时间：2009年12月27日